KR20210069813A - Liquefied gas re-gasification system - Google Patents

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KR20210069813A
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오유택
류시진
이종철
최병윤
권기정
민경원
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

Disclosed is a liquefied gas re-gasification system which is used in re-gasification of liquefied gas and can re-gasify liquefied gas at high efficiency. According to an embodiment of the present invention, the liquefied gas re-gasification system is used in re-gasification of liquefied gas and comprises: a liquefied gas transport line to gasify the liquefied gas to deliver the liquefied gas to a user entity; a heating medium circulation line circulating a mixed refrigerant provided to transfer heat for gasifying the liquefied gas from a heat source and having two or more refrigerants with different boiling points mixed therein; an evaporator installed on the heating medium circulation line, and gasifying the mixed refrigerant by heat exchange with the heat source; a gasifier installed on the heating medium circulation line, and using latent heat and thermal energy of gasified mixed refrigerant to gasify the liquefied gas of the liquefied gas transport line by heat exchange with the mixed refrigerant; and a control unit predicting the composition ratio of the mixed refrigerant based on phase equilibrium representing the relationship between temperature and pressure for various composition ratios of the mixed refrigerant, and controlling the composition of the mixed refrigerant based on the predicted composition ratio of the mixed refrigerant.

Description

액화가스 재기화 시스템{LIQUEFIED GAS RE-GASIFICATION SYSTEM}Liquefied gas regasification system {LIQUEFIED GAS RE-GASIFICATION SYSTEM}

본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 끓는점 차이에 의한 온도 상승 효과를 가지는 2 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매를 이용하여 액화가스를 재기화하고 포화 상태의 혼합 냉매의 온도 및 압력을 기반으로 혼합 냉매의 조성비를 예측하는 액화가스 재기화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a liquefied gas regasification system, and more particularly, by using a mixed refrigerant in which two or more refrigerants having a temperature increase effect due to a difference in boiling point are mixed, the liquefied gas is regasified, and the temperature and It relates to a liquefied gas regasification system for predicting the composition ratio of a mixed refrigerant based on pressure.

오존층 파괴, 지구온난화 등의 환경 부작용 문제가 대두되면서 냉매 사용에 대한 규제가 점차 강화되고 있으며, 환경 오염 물질의 배출이 적은 천연가스와 같은 연료의 수요가 증가하고 있다. 천연가스를 수요처로 공급하기 위하여, 액화가스 저장탱크 내에 액화 상태로 저장된 액화천연가스를 재기화시키는 시스템을 필요로 한다. 종래의 액화가스 재기화 시스템은 주로 프로판(Propane)과 같은 증발성 열매체를 사용하여 해수로부터 열을 받아 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)로 열을 전달시켜 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키고 있다.As environmental side effects such as ozone layer depletion and global warming are emerging, regulations on the use of refrigerants are gradually being strengthened, and the demand for fuels such as natural gas that emits less environmental pollutants is increasing. In order to supply natural gas to demand, a system for regasifying liquefied natural gas stored in a liquefied state in a liquefied gas storage tank is required. The conventional liquefied gas regasification system mainly uses an evaporative heating medium such as propane to receive heat from seawater and transfer the heat to liquefied natural gas (LNG) to regasify the liquefied natural gas into natural gas. are doing

프로판을 이용하여 한번의 열교환 처리에 의해 액화천연가스를 기화시키도록 설계할 경우, 열교환기 크기가 매우 커져야 하므로 경제성이 떨어지며, 프로판의 온도 조건을 매우 제한적인 범위로 제어해야 하고, 열교환기 내 압력 강하 및 해수 온도 변화시 수요처에서 요구하는 온도로 천연가스를 공급하기 어려워지는 단점이 있다. 이러한 이유로 종래의 액화천연가스의 재기화 시스템은 통상적으로 액화천연가스를 기화시키는 재기화기(Vaporizer)와, 재기화기에 의해 기화된 천연가스를 가열하는 트림 히터(Trim heater)로 나누어 설계된다.When designing to vaporize liquefied natural gas by one-time heat exchange treatment using propane, the size of the heat exchanger must be very large, so economical efficiency is lowered, the temperature condition of propane must be controlled in a very limited range, and the pressure in the heat exchanger There is a disadvantage in that it becomes difficult to supply natural gas at the temperature required by the customer when the temperature of the seawater drops or the seawater temperature changes. For this reason, the conventional regasification system for liquefied natural gas is generally divided into a revaporizer for vaporizing the liquefied natural gas and a trim heater for heating the natural gas vaporized by the regasifier.

종래의 액화가스 재기화 시스템에서, 프로판은 순환펌프를 통해 순환하며 해수로부터 열을 받아 제1의 열교환기(트림 히터)에서 천연가스와 1차 열교환하여 차가워지며, 다시 해수로부터 열을 받아 기화한 후 제2의 열교환기(재기화기)에서 2차로 액화천연가스와 열교환하여 액화된다. 이때 트림 히터에서는 액체 상태의 프로판의 현열을 이용하여 가열이 이루어진다.In the conventional liquefied gas regasification system, propane circulates through a circulation pump, receives heat from seawater, and first exchanges heat with natural gas in the first heat exchanger (trim heater) to cool it, and again receives heat from seawater and vaporizes it. After that, it is liquefied by heat exchange with liquefied natural gas in the second heat exchanger (regasifier). At this time, in the trim heater, heating is performed using the sensible heat of propane in a liquid state.

이와 같은 액화가스 재기화 시스템의 경우, 재기화기에서 LNG 기화를 위해 요구되는 열량이 트림 히터에서 천연가스 가열을 위해 요구되는 열량에 비해 많은 반면, 트림 히터에서 액체 상태의 프로판의 현열을 이용하여 가열이 이루어지는 관계로, 트림 히터에서 재기화기보다 큰 냉매 유량을 필요로 하게 된다. 따라서 종래의 액화가스 재기화 시스템은 불필요하게 많은 유량의 냉매를 과도한 압력 차이로 순환시켜야 하므로, 운전 비용이 상승하고 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.In the case of such a liquefied gas regasification system, while the amount of heat required for LNG vaporization in the regasifier is larger than the amount of heat required for natural gas heating in the trim heater, the trim heater is heated using the sensible heat of liquid propane. Due to this relationship, a larger refrigerant flow rate is required in the trim heater than in the regasifier. Therefore, since the conventional liquefied gas regasification system needs to circulate a refrigerant of an unnecessarily large flow rate with an excessive pressure difference, there is a problem in that the operating cost increases and the efficiency decreases.

또한, 트림 히터에서는 기화되지 않은 냉매를 사용하기 위해 고압의 조건을 필요로 하고, 이후 재기화기로 공급되는 냉매를 기화시키기 위해 저압의 상태를 필요로 하므로, 펌프에 의해 냉매를 고압으로 가압하여 트림 히터로 공급한 후, 트림 히터를 통과한 냉매에 큰 압력 강하를 시켜주어야 하는데, 이는 에너지 효율을 떨어뜨리는 요인이 된다. 또한, 냉매로 사용되는 프로판의 경우, 가연성이 크므로 시스템의 안전성을 저하시킬 수 있다.In addition, since the trim heater requires a high-pressure condition to use the refrigerant that is not vaporized and a low-pressure state is required to vaporize the refrigerant supplied to the regasifier afterward, the refrigerant is pressurized to a high pressure by a pump to trim After supply to the heater, a large pressure drop must be applied to the refrigerant that has passed through the trim heater, which is a factor that reduces energy efficiency. In addition, in the case of propane used as a refrigerant, since it is highly flammable, the safety of the system may be reduced.

종래의 프로판이나 글리콜-워터를 이용한 간접식 재기화 시스템의 경우, 천연가스의 송출 온도와 해수 온도 차이가 크지 않을 경우, 냉매를 기화시켜 사용하는 데에 제약이 따를 수 있다. 도 1은 종래의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 프로판 냉매의 열 흐름량(Heat flow)에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다. 액화천연가스(LNG)와 해수(SW) 사이에 프로판(Propane)을 열매체로 사용하고, 프로판을 해수에 의해 기화시켜 액화천연가스를 기화시키는 경우, 해수와 열교환에 의해 프로판이 기화되는 상 변화 과정(②)에서 압력 손실이 생기고 프로판의 온도가 감소하게 된다. 프로판과 액화천연가스의 열교환 효율을 높이기 위해서는 프로판의 P-H선도에서 프로판의 온도 변화 그래프가 도 1에 음영으로 표시된 부분과 중첩되지 않도록, 천연가스의 송출 온도(예를 들어, 8℃)보다 최소 온도차(minimum temperature approach) 이상 높아야 하고, 해수의 온도보다는 최소 온도차 이상 낮아야 한다.In the case of a conventional indirect regasification system using propane or glycol-water, when the difference between the temperature of the natural gas and the seawater is not large, there may be restrictions on the use of vaporizing the refrigerant. 1 is a graph showing the temperature change according to the heat flow amount (Heat flow) of a propane refrigerant used in a conventional liquefied gas regasification system. When propane is used as a heating medium between liquefied natural gas (LNG) and seawater (SW) and propane is vaporized by seawater to vaporize liquefied natural gas, a phase change process in which propane is vaporized by heat exchange with seawater In (②), a pressure loss occurs and the temperature of propane decreases. In order to increase the heat exchange efficiency between propane and liquefied natural gas, the minimum temperature difference from the delivery temperature of natural gas (e.g., 8°C) so that the graph of the temperature change of propane in the PH diagram of propane does not overlap with the shaded portion in FIG. (minimum temperature approach) or higher, and lower than the seawater temperature by at least the minimum temperature difference.

하지만, 프로판의 상변화 과정(②)에서 프로판의 온도 감소에 의해 천연가스의 송출 온도보다 최소 온도차 이상 높고, 해수의 온도보다 최소 온도차 이상 낮은 조건을 확보하기 어려워지게 되고, 프로판의 온도 제어 범위가 줄어들게 된다. 이와 같이, 프로판 냉매의 운전 가능 범위가 좁아지면, 온도, 압력, 유량 등의 작은 변화에도 시스템이 제대로 운전되지 않을 수 있으며, 프로판이 천연가스의 송출 온도로부터 최소 온도차 조건을 만족하지 못하여 열교환이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 종래의 액화가스 재기화 시스템의 경우, 해수의 설계 온도 조건에서 열전달 매체의 상변화시 발생하는 잠열을 이용하여 천연가스 수요처에서 요구하는 온도를 맞추는 시스템을 구성하기가 어려워진다.However, due to the decrease in the temperature of propane in the phase change process (②) of propane, it becomes difficult to secure conditions that are higher than the minimum temperature difference than the delivery temperature of natural gas and lower than the minimum temperature difference of seawater temperature, and the temperature control range of propane is will decrease As such, if the operable range of the propane refrigerant is narrowed, the system may not operate properly even with small changes in temperature, pressure, flow rate, etc., and the propane does not satisfy the minimum temperature difference condition from the delivery temperature of natural gas, so heat exchange is not performed properly. may not be done Therefore, in the case of the conventional liquefied gas regasification system, it becomes difficult to construct a system that matches the temperature required by the natural gas demander by using the latent heat generated during the phase change of the heat transfer medium under the design temperature condition of seawater.

본 발명은 상변화 과정에서 온도 상승(Temperature gliding) 효과를 가지는 2 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매(Mixed Refrigerant)를 이용하여 액화가스를 높은 효율로 재기화시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a liquefied gas regasification system that can regasify liquefied gas with high efficiency using a mixed refrigerant in which two or more refrigerants having a temperature gliding effect are mixed in a phase change process. it is for

또한, 본 발명은 포화 상태의 혼합 냉매의 온도 및 압력을 기반으로 혼합 냉매의 조성비를 예측하고 예측된 조성비를 기반으로 냉매들의 조성을 제어하여 액화가스의 재기화 효율을 높이고 설비 비용을 줄일 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention predicts the composition ratio of the mixed refrigerant based on the temperature and pressure of the mixed refrigerant in a saturated state and controls the composition of the refrigerants based on the predicted composition ratio to increase the regasification efficiency of the liquefied gas and reduce the equipment cost. To provide a gas regasification system.

또한, 본 발명은 시스템을 간소화하고 운용 비용을 줄일 수 있으며, 환경 친화적으로 액화가스를 재기화시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a liquefied gas regasification system that can simplify the system and reduce operating costs, and can regasify the liquefied gas in an environmentally friendly manner.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스의 재기화에 사용되는 액화가스 재기화 시스템에 있어서, 상기 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위한 액화가스 이송라인; 열원으로부터 상기 액화가스를 기화시키기 위한 열을 전달하기 위해 제공되며, 끓는점이 상이한 2 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매가 순환되는 열매체 순환라인; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 상기 열원과의 열교환에 의해 상기 혼합 냉매를 기화시키는 증발기; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 기화된 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 이용하여 상기 혼합 냉매와의 열교환에 의해 상기 액화가스 이송라인의 액화가스를 기화시키는 기화기; 및 상기 혼합 냉매의 다양한 조성비에 대해 온도와 압력 간의 관계를 나타내는 상평형도를 기반으로 상기 혼합 냉매의 조성비를 예측하고, 상기 혼합 냉매의 예측된 조성비를 기반으로 상기 혼합 냉매의 조성을 제어하는 제어부를 포함한다.Liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention, in the liquefied gas regasification system used for regasification of liquefied gas, a liquefied gas transfer line for vaporizing the liquefied gas and sending it to a consumer; a heating medium circulation line that is provided to transfer heat for vaporizing the liquefied gas from a heat source and circulates a mixed refrigerant in which two or more refrigerants having different boiling points are mixed; an evaporator installed in the heat medium circulation line and vaporizing the mixed refrigerant by heat exchange with the heat source; a vaporizer installed in the heating medium circulation line and vaporizing the liquefied gas of the liquefied gas transfer line by heat exchange with the mixed refrigerant using thermal energy and latent heat of the vaporized mixed refrigerant; and a control unit that predicts the composition ratio of the mixed refrigerant based on a phase equilibrium diagram indicating the relationship between temperature and pressure for various composition ratios of the mixed refrigerant, and controls the composition of the mixed refrigerant based on the predicted composition ratio of the mixed refrigerant include

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 상기 열매체 순환라인에서 상기 기화기의 후단에 설치되고, 상기 혼합 냉매의 부피 변화를 억제하고 기화된 혼합 냉매를 수용하는 팽창 탱크; 상기 팽창 탱크의 내부 또는 후단에서 포화 상태의 혼합 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 팽창 탱크의 내부 또는 후단에서 포화 상태의 혼합 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 포화 상태의 혼합 냉매의 온도와 압력을 상기 상평형도 상의 압력과 비교하여 상기 혼합 냉매의 조성비를 예측할 수 있다.The liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention includes: an expansion tank installed at the rear end of the vaporizer in the heat medium circulation line, suppressing a volume change of the mixed refrigerant and accommodating the vaporized mixed refrigerant; a temperature sensor for measuring the temperature of the mixed refrigerant in a saturated state inside or at the rear end of the expansion tank; And it may further include a pressure sensor for measuring the pressure of the mixed refrigerant in a saturated state in the inside or the rear end of the expansion tank. The controller may predict a composition ratio of the mixed refrigerant by comparing the temperature and pressure of the mixed refrigerant in the saturated state with the pressure on the phase equilibrium diagram.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 상기 제어부에 의해 제어되고, 상기 혼합 냉매의 조성비에 따라 상기 냉매들 중 목표 조성비에 미달하는 냉매를 상기 팽창 탱크로 공급하는 냉매 보충부를 더 포함할 수 있다. 상기 냉매 보충부는, 상기 냉매들을 구성하는 제1 냉매 및 제2 냉매를 각각 저장하는 복수개의 보충 탱크; 상기 복수개의 보충 탱크에 저장된 상기 제1 냉매 및 상기 제2 냉매를 상기 팽창 탱크에 보충하기 위한 복수개의 보충 라인; 및 상기 복수개의 보충 라인에 각각 설치되어 상기 냉매의 공급 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 또는 펌프를 포함할 수 있다.The liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention is controlled by the control unit, and according to the composition ratio of the mixed refrigerant, a refrigerant replenishing unit for supplying a refrigerant that does not meet a target composition ratio among the refrigerants to the expansion tank further comprises can do. The refrigerant replenishment unit, a plurality of replenishment tanks for storing each of the first refrigerant and the second refrigerant constituting the refrigerants; a plurality of replenishment lines for replenishing the expansion tank with the first refrigerant and the second refrigerant stored in the plurality of replenishment tanks; and a flow control valve or pump installed in each of the plurality of replenishment lines to control the supply flow rate of the refrigerant.

상기 제어부는, 상기 압력 센서에 의해 측정된 상기 혼합 냉매의 압력과, 상기 혼합 냉매의 온도에 따라 설정되는 목표 압력 간의 차이가 기설정된 허용 오차 범위 내로 감소될 때까지 상기 목표 조성비에 미달하는 냉매를 상기 팽창 탱크에 보충하도록 상기 냉매 보충부를 제어할 수 있다.The control unit, the refrigerant that does not reach the target composition ratio until a difference between the pressure of the mixed refrigerant measured by the pressure sensor and a target pressure set according to the temperature of the mixed refrigerant is reduced within a preset tolerance range The refrigerant replenisher may be controlled to replenish the expansion tank.

본 발명의 실시예에 의하면, 상변화 과정에서 온도 상승(Temperature gliding) 효과를 가지는 냉매들이 혼합된 혼합 냉매(Mixed Refrigerant)를 이용하여 액화가스를 높은 효율로 재기화시키는 액화가스 재기화 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a liquefied gas regasification system for regasifying the liquefied gas with high efficiency using a mixed refrigerant mixed with refrigerants having a temperature gliding effect in the phase change process is provided. .

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 포화 상태의 혼합 냉매의 온도 및 압력을 기반으로 혼합 냉매의 조성비를 예측하고 예측된 조성비를 기반으로 냉매들의 조성을 제어하여 액화가스의 재기화 효율을 높이고 설비 비용을 줄일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the composition ratio of the mixed refrigerant is predicted based on the temperature and pressure of the mixed refrigerant in a saturated state, and the composition of the refrigerants is controlled based on the predicted composition ratio to increase the regasification efficiency of the liquefied gas and equipment cost. can reduce

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 액화가스 재기화 시스템의 시스템 구성을 간소화하고 운용 비용을 줄일 수 있으며, 환경 친화적으로 액화가스를 재기화시킬 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to simplify the system configuration of the liquefied gas regasification system, reduce operating costs, and regasify the liquefied gas in an environmentally friendly manner.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above. Effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains from this specification and the accompanying drawings.

도 1은 종래의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 프로판 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 냉매의 안전등급 분류기준을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 동작 순서도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 동작을 설명하기 위한 상평형도 예시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다.
1 is a graph showing the temperature change according to the heat flow amount of the propane refrigerant used in the conventional liquefied gas regasification system.
2 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the temperature change according to the heat flow amount of the mixed refrigerant used in the liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a safety class classification standard of a refrigerant.
5 is an operation flowchart of a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention.
6 to 8 are diagrams illustrating phase balance diagrams for explaining the operation of the liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Other advantages and features of the present invention, and a method of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Unless defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by common skill in the prior art to which this invention belongs. A general description of known configurations may be omitted so as not to obscure the gist of the present invention. In the drawings of the present invention, the same reference numerals are used as far as possible for the same or corresponding components. In order to help the understanding of the present invention, some components in the drawings may be shown exaggerated or reduced to some extent.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise", "have" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 끓는점 차이를 가지는 2 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매를 이용하여 액화가스를 기화시킴으로써, 혼합 냉매가 증발기에서 기화되는 상변화 과정에서 온도가 감소하는 구간 없이 지속적으로 상승되도록 하고, 액화가스의 기화 효율을 높일 수 있다.The liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention vaporizes liquefied gas using a mixed refrigerant in which two or more refrigerants having a difference in boiling point are mixed, so that the temperature decreases in the phase change process in which the mixed refrigerant is vaporized in the evaporator It is possible to continuously rise without it, and it is possible to increase the vaporization efficiency of the liquefied gas.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 가스 성분 분석기 등에 의해 혼합 냉매의 조성비를 예측하지 않고, 포화 상태의 혼합 냉매의 온도 및 압력을 기반으로 혼합 냉매의 조성비를 예측하여 냉매들의 조성을 제어함으로써 액화가스의 재기화 효율을 높이고 설비 비용을 줄일 수 있다.In addition, the liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention does not predict the composition ratio of the mixed refrigerant by a gas component analyzer, etc., but predicts the composition ratio of the mixed refrigerant based on the temperature and pressure of the mixed refrigerant in a saturated state. By controlling the composition, it is possible to increase the regasification efficiency of the liquefied gas and reduce the equipment cost.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 액화가스 재기화 시스템(100)은 액화가스 이송라인(110), 열매체 순환라인(120), 펌프(130), 증발기(140), 압력조절밸브(150), 기화기(160), 팽창 탱크(170), 냉매 보충부(180) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.2 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the liquefied gas regasification system 100 includes a liquefied gas transfer line 110 , a heat medium circulation line 120 , a pump 130 , an evaporator 140 , a pressure control valve 150 , and a vaporizer 160 . ), an expansion tank 170 , a refrigerant replenishment unit 180 , and a control unit 190 .

액화가스 재기화 시스템(100)은 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스를 재기화하여 천연가스(NG; Natural Gas), 석유가스(Petroleum Gas) 등의 연료가스를 수요처(115)로 공급하기 위해 제공될 수 있다.Liquefied gas regasification system 100 regasifies liquefied gas such as liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), natural gas (NG), petroleum gas ( It may be provided to supply fuel gas such as Petroleum Gas) to the demand 115 .

일 실시예에서, 액화가스 재기화 시스템(100)은 선박의 선체에 설치될 수 있다. 선박은 액화가스 저장탱크를 구비한 부유체로, 액화천연가스 운반선(LNG Carrier), FPSO(Floating Production Storage and Offloading), FSU(Floating and Storage Unit), FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등의 해상 플랫폼을 포함할 수 있다.In one embodiment, the liquefied gas regasification system 100 may be installed in the hull of the ship. A ship is a floating body equipped with a liquefied gas storage tank, and an offshore platform such as a liquefied natural gas carrier (LNG Carrier), FPSO (Floating Production Storage and Offloading), FSU (Floating and Storage Unit), FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), etc. may include.

액화가스 이송라인(110)은 선박에 마련된 액화가스 저장탱크(111)로부터 액화가스를 공급받고, 공급된 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위해 제공될 수 있다. 액화가스 이송라인(110)에는 액화가스의 흐름을 기준으로 기화기(160)의 상류 측에 액화가스를 고압 송출하기 위한 액화가스 펌프(112)와 액화가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(113)가 구비되고, 기화기(160)의 하류 측에 기화된 액화가스(예를 들어, 천연가스 또는 석유가스)의 송출 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(114)가 구비될 수 있다.The liquefied gas transfer line 110 may be provided to receive liquefied gas from a liquefied gas storage tank 111 provided on a ship, vaporize the supplied liquefied gas, and send it to a consumer. In the liquefied gas transfer line 110 , a liquefied gas pump 112 for high-pressure delivery of liquefied gas to the upstream side of the vaporizer 160 based on the flow of liquefied gas and a flow rate control valve 113 for controlling the flow rate of liquefied gas ) is provided, and a flow rate control valve 114 for controlling the output flow rate of vaporized liquefied gas (eg, natural gas or petroleum gas) may be provided on the downstream side of the vaporizer 160 .

열매체 순환라인(120)은 해수 등의 열원으로부터 액화가스를 기화시키기 위한 열을 전달하기 위해 제공될 수 있다. 열매체 순환라인(120)에는 2 이상의 비가연성 냉매들이 혼합된 혼합 냉매가 순환될 수 있다. 실시예에서, 액화가스 재기화 시스템(100)은 단일 폐루프 형태의 열매체 순환라인(120)으로 구성될 수 있다.The heating medium circulation line 120 may be provided to transfer heat for vaporizing liquefied gas from a heat source such as seawater. A mixed refrigerant in which two or more non-flammable refrigerants are mixed may be circulated in the heating medium circulation line 120 . In an embodiment, the liquefied gas regasification system 100 may be configured as a single closed-loop type heat medium circulation line 120 .

기화기(160)와 수요처(115) 사이에는 가열기(트림 히터)가 구비되지 않을 수 있다. 또는, 기화기(160)와 수요처(115) 사이에 가열기가 구비되더라도, 열매체 순환라인(120)은 기화기(160)와 수요처(115) 사이에 마련된 가열기와는 열교환을 하지 않도록 설계될 수 있다.A heater (trim heater) may not be provided between the vaporizer 160 and the consumer 115 . Alternatively, even if a heater is provided between the vaporizer 160 and the consumer 115 , the heat medium circulation line 120 may be designed not to exchange heat with the heater provided between the vaporizer 160 and the consumer 115 .

혼합 냉매는 열매체 순환라인(120)을 통해 펌프(130)와 증발기(140) 및 기화기(160)를 순환한다. 혼합 냉매가 증발기(140)에서 기화되어 액체에서 기체로 상변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 상승되도록 하기 위하여, 혼합 냉매는 적어도 20℃ 이상의 끓는점 차이를 가지는 2 이상의 상이한 냉매들이 혼합된 냉매로 제공될 수 있다.The mixed refrigerant circulates through the pump 130 , the evaporator 140 , and the vaporizer 160 through the heat medium circulation line 120 . In order that the mixed refrigerant is vaporized in the evaporator 140 and the temperature of the mixed refrigerant is increased in the process of phase change from liquid to gas, the mixed refrigerant is a refrigerant in which two or more different refrigerants having a boiling point difference of at least 20 °C or more are mixed. can be

일 실시예에서, 혼합 냉매의 냉매들은 50℃ 온도를 기준으로 증기압이 25 barg 이하인 조건을 만족시키도록 선택되고, 냉매들의 질량비(조성비)가 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 혼합 냉매의 냉매들은 혼합 냉매가 10 ~ 25 barg 압력(증기압) 범위에서의 이슬점 온도와 끓는점 온도 간의 차이가 10℃ 이상이 되도록 냉매들의 혼합 비율이 설정될 수 있다.In an embodiment, the refrigerants of the mixed refrigerant are selected to satisfy the condition that the vapor pressure is 25 barg or less based on a temperature of 50° C., and a mass ratio (composition ratio) of the refrigerants may be set. In an embodiment, the mixed refrigerant may have a mixing ratio of the refrigerants such that the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature in the 10 to 25 barg pressure (vapor pressure) range of the mixed refrigerant is 10° C. or more.

펌프(130)는 혼합 냉매를 열매체 순환라인(120)에 순환시키기 위한 것으로, 열매체 순환라인(120)에서 팽창 탱크(170)의 후단, 증발기(140)의 전단에 설치되고, 팽창 탱크(170)로부터 공급되는 액체 상태의 혼합 냉매를 열매체 순환라인(120)을 통해 가압하여 증발기(140)로 공급하도록 구성될 수 있다.The pump 130 is for circulating the mixed refrigerant in the heat medium circulation line 120, and is installed at the rear end of the expansion tank 170 in the heat medium circulation line 120 and the front end of the evaporator 140, and the expansion tank 170 It may be configured to supply the mixed refrigerant in a liquid state supplied from the heat medium through the heat medium circulation line 120 to the evaporator 140 .

팽창 탱크(expansion tank)(170)는 열매체 순환라인(120)에서 기화기(160)와 펌프(130) 사이에 설치되고, 기화기(160)에서 액화가스와의 열교환 과정에서 액화된 혼합 냉매를 저장할 수 있다. 팽창 탱크(170)는 온도에 따른 혼합 냉매의 부피 변화를 상쇄시키고 기화된 혼합 냉매를 수용하는 역할을 할 수 있다.The expansion tank 170 is installed between the vaporizer 160 and the pump 130 in the heat medium circulation line 120, and can store the mixed refrigerant liquefied in the heat exchange process with the liquefied gas in the vaporizer 160. have. The expansion tank 170 may serve to offset the volume change of the mixed refrigerant according to the temperature and to accommodate the vaporized mixed refrigerant.

팽창 탱크(170)는 운전 조건에 따른 혼합 냉매의 압력 변화를 흡수하여 열매체 순환라인(120)의 압력을 일정하게 유지시키고, 팽창 탱크(170)로 회수되는 혼합 냉매가 설정된 온도 범위를 유지하여 정해진 압력 범위에서 운전되도록 하고, 펌프(130)로 기체 상태의 혼합 냉매가 유입되지 않도록 할 수 있다. 팽창 탱크(170)에는 2종 이상의 액화 냉매들이 저장될 수 있다. 기화기(160)로부터 팽창 탱크(170)로 회수되는 혼합 냉매의 유량은 유량조절밸브(도시생략)에 의해 조절될 수 있다.The expansion tank 170 maintains a constant pressure of the heat medium circulation line 120 by absorbing the pressure change of the mixed refrigerant according to the operating conditions, and the mixed refrigerant returned to the expansion tank 170 maintains a set temperature range. It may be operated within a pressure range, and the mixed refrigerant in a gaseous state may not be introduced into the pump 130 . Two or more types of liquefied refrigerants may be stored in the expansion tank 170 . The flow rate of the mixed refrigerant recovered from the vaporizer 160 to the expansion tank 170 may be controlled by a flow control valve (not shown).

증발기(140)는 열매체 순환라인(120)에 설치되고, 팽창 탱크(170)로부터 공급되는 액상의 혼합 냉매를 열원과의 열교환에 의해 기화시킬 수 있다. 증발기(140)는 혼합 냉매의 압력(증기압)을 견딜 수 있도록 제작될 수 있다. 실시예에서, 증발기(140)는 혼합 냉매의 50℃ 온도를 기준으로 혼합 냉매의 증기압 25 barg를 견딜 수 있도록 설계될 수 있다.The evaporator 140 may be installed in the heat medium circulation line 120 and vaporize the liquid mixed refrigerant supplied from the expansion tank 170 by heat exchange with a heat source. The evaporator 140 may be manufactured to withstand the pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant. In an embodiment, the evaporator 140 may be designed to withstand a vapor pressure of 25 barg of the mixed refrigerant based on a temperature of 50° C. of the mixed refrigerant.

실시예에서, 열원으로는 해수가 사용될 수 있다. 열원은 해수 가압 펌프(144)에 의해 해수 공급라인(142)을 통해 증발기(140)로 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 열원의 증발기(140)로의 유입 온도는 약 14℃ 이상이고, 증발기(140)로부터의 배출 온도는 약 7 ~ 8℃ 일 수 있다.In an embodiment, seawater may be used as the heat source. The heat source may be supplied to the evaporator 140 through the seawater supply line 142 by the seawater pressurization pump 144 . In one embodiment, the inlet temperature of the heat source into the evaporator 140 may be about 14 °C or higher, and the discharge temperature from the evaporator 140 may be about 7-8 °C.

압력조절밸브(150)는 열매체 순환라인(120)에 설치되고, 기화기(160)로 공급되는 혼합 냉매의 압력(유량)을 조절하도록 제공될 수 있다. 기화기(160)는 열매체 순환라인(120)에 설치되고, 증발기(140)에 의해 기화된 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 이용하여 액화가스 이송라인(110)의 액화가스를 재기화시킬 수 있다.The pressure control valve 150 may be installed in the heat medium circulation line 120 , and may be provided to adjust the pressure (flow rate) of the mixed refrigerant supplied to the vaporizer 160 . The vaporizer 160 is installed in the heating medium circulation line 120 , and may regasify the liquefied gas of the liquefied gas transfer line 110 by using the thermal energy and latent heat of the mixed refrigerant vaporized by the evaporator 140 .

냉매 보충부(180)는 팽창 탱크(170) 내부 또는 후단의 혼합 냉매의 조성비에 따라 냉매들 중 적어도 하나를 팽창 탱크(170)로 공급할 수 있다. 실시예에서, 냉매 보충부(180)는 2 이상의 냉매들을 각각 저장하는 복수개의 보충 탱크(181, 182)와, 복수개의 보충 탱크(181, 182)에 각각 저장된 냉매를 팽창 탱크(170)에 보충하기 위한 복수개의 보충 라인(183, 184)과, 복수개의 보충 라인(183, 184)에 각각 설치되어 냉매의 공급 유량을 제어하는 복수개의 유량 제어 밸브(185, 186)를 포함할 수 있다. 보충 라인(183, 184)에는 보충 탱크(181, 182)로부터 팽창 탱크(170)로 냉매를 보충시키도록 가압하는 펌프(도시 생략)가 마련될 수도 있다.The refrigerant replenisher 180 may supply at least one of the refrigerants to the expansion tank 170 according to a composition ratio of the mixed refrigerant inside or at the rear end of the expansion tank 170 . In the embodiment, the refrigerant replenishment unit 180 is a plurality of replenishment tanks (181, 182) for storing two or more refrigerants, respectively, and a plurality of replenishment tanks (181, 182) Replenish the refrigerant stored in each of the expansion tank (170) It may include a plurality of replenishment lines (183, 184) and a plurality of replenishment lines (183, 184) for each of the plurality of flow control valves (185, 186) for controlling the supply flow rate of the refrigerant. The replenishment lines 183 and 184 may be provided with a pump (not shown) that pressurizes the replenishment tank 170 to replenish the refrigerant from the replenishment tanks 181 and 182 .

증발기(140)가 예를 들어, 티타늄 재질의 판형 열교환기(PHE; Plate type Heat Exchanger)로 제작되는 경우, 0.6mm 이하 두께의 티타늄을 열교환 플레이트로 사용하기 위해서는 혼합 냉매의 설계 압력(증기압)이 25 barg 이하인 것이 바람직하다. 설계 압력을 높이기 위해 0.7mm 또는 그 이상의 두께를 가지는 티타늄 플레이트를 사용하게 되면 0.6mm 두께의 플레이트와 비교하여 가격이 10배 이상 상승하기 때문에 설비 비용이 크게 증가한다.When the evaporator 140 is made of, for example, a plate type heat exchanger (PHE) made of titanium, in order to use titanium with a thickness of 0.6 mm or less as a heat exchange plate, the design pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant is It is preferably 25 barg or less. When a titanium plate having a thickness of 0.7 mm or more is used to increase the design pressure, the cost of equipment increases significantly because the price increases by more than 10 times compared to a plate with a thickness of 0.6 mm.

혼합 냉매의 경우, 혼합된 냉매들의 종류 및 냉매들의 혼합 비율에 따라, 혼합 냉매의 이슬점과 끓는점이 변화하여 혼합 냉매의 상 변화시의 온도 변화 특성에 영향을 미치는 것은 물론, 증발기(140)에서의 상 변화 과정에서 혼합 냉매의 압력(증기압) 또한 변화하게 된다. 따라서, 증발기(140)의 설비 비용을 최소화하면서 혼합 냉매의 상 변화 구간에서 바람직한 온도 변화 특성을 구현할 수 있도록, 냉매들의 종류를 선택하고, 혼합 비율(중량비)을 설정할 필요가 있다.In the case of the mixed refrigerant, the dew point and the boiling point of the mixed refrigerant change according to the type of the mixed refrigerant and the mixing ratio of the refrigerant to affect the temperature change characteristics when the phase of the mixed refrigerant is changed, as well as in the evaporator 140 . During the phase change, the pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant also changes. Therefore, it is necessary to select the types of refrigerants and set the mixing ratio (weight ratio) so as to realize desirable temperature change characteristics in the phase change section of the mixed refrigerant while minimizing the equipment cost of the evaporator 140 .

본 발명의 실시예에서, 혼합 냉매가 증발기(140)에서 상 변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 증가하도록 하기 위하여, 끓는점 차이가 20℃ 이상인 냉매들이 혼합된 혼합 냉매를 이용하여 액화가스를 재기화할 수 있다. 또한, 혼합 냉매는 약 10 ~ 25 barg 압력에서 혼합 냉매의 이슬점(dew point) 온도와, 끓는점(bubble point) 온도 간의 차이가 적어도 10℃ 이상이 되는 동시에, 혼합 냉매의 압력이 약 25 barg 이하가 되도록, 냉매들의 혼합 비율(중량비)이 설정될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in order to increase the temperature of the mixed refrigerant during the phase change of the mixed refrigerant in the evaporator 140, the liquefied gas is regasified by using the mixed refrigerant in which refrigerants having a boiling point difference of 20° C. or more are mixed. can In addition, in the mixed refrigerant, the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature of the mixed refrigerant at a pressure of about 10 to 25 barg is at least 10° C., and at the same time, the pressure of the mixed refrigerant is about 25 barg or less. As much as possible, the mixing ratio (weight ratio) of the refrigerants may be set.

혼합 냉매는 가장 끓는 점이 높은 제1 냉매와, 제1 냉매보다 20℃ 이상 끓는점이 낮은 제2 냉매를 포함할 수 있다. 혼합 냉매가 증발기(140)에서 상 변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 증가하는 효과를 증대시키는 관점에서, 제2 냉매의 끓는점은 제1 냉매의 끓는점보다 30℃ 이상 낮은 것이 바람직하고, 제1 냉매와 제2 냉매의 끓는점 차이는 50℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.The mixed refrigerant may include a first refrigerant having the highest boiling point and a second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant by 20°C or more. From the viewpoint of increasing the effect of increasing the temperature of the mixed refrigerant during the phase change of the mixed refrigerant in the evaporator 140 , the boiling point of the second refrigerant is preferably 30° C. or more lower than the boiling point of the first refrigerant, and the first refrigerant It is more preferable that the boiling point difference between the and the second refrigerant is 50° C. or more.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 가로축은 유체들(해수, LNG, 혼합 냉매)의 열 흐름량을 나타내고, 세로축은 유체들의 온도를 나타낸다. 'SW'로 표기된 선은 해수의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프, 'LNG'로 표기된 선은 액화천연가스의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프이다.3 is a graph showing the temperature change according to the heat flow amount of the mixed refrigerant used in the liquefied gas regasification system of a ship according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3 , the horizontal axis represents the amount of heat flow of fluids (seawater, LNG, and mixed refrigerant), and the vertical axis represents the temperature of the fluids. The line marked 'SW' is a graph of temperature change according to the heat flow of seawater, and the line marked 'LNG' is a graph of temperature change according to the heat flow of liquefied natural gas.

본 실시예에 의하면, 끓는점 차이가 큰 냉매들이 혼합 냉매로 이용되어, 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프에서, 액체 상태에서 기화되는 상 변화 시에 온도가 증가하는 온도 상승(temperature gliding) 구간(A)이 나타나고, 이에 따라 액화천연가스의 온도 대비 최소 온도차(△T) 조건을 만족시키며 혼합 냉매와 액화천연가스를 열교환시킬 수 있게 된다.According to the present embodiment, refrigerants having a large boiling point difference are used as the mixed refrigerant, and in the graph of the temperature change according to the heat flow amount of the mixed refrigerant, the temperature increases when the phase changes from the liquid state to vaporized (temperature gliding) section (A) appears, thereby satisfying the minimum temperature difference (ΔT) condition compared to the temperature of the liquefied natural gas, and it is possible to exchange heat between the mixed refrigerant and the liquefied natural gas.

단일 냉매의 경우, 상변화가 일어나는 동안 온도가 일정하거나 온도가 감소하지만, 끓는 점이 설정값 이상의 차이를 가지는 냉매들을 혼합하면 증발기(140)에서 혼합 냉매의 상변화가 일어나는 동안 혼합 냉매의 온도가 점점 올라가면서 혼합 냉매가 기화되는 온도 상승(temperature gliding) 효과가 나타난다.In the case of a single refrigerant, the temperature is constant or the temperature decreases while the phase change occurs, but when refrigerants having a difference of more than a set value are mixed, the temperature of the mixed refrigerant gradually increases while the phase change of the mixed refrigerant occurs in the evaporator 140 . As it rises, a temperature gliding effect occurs in which the mixed refrigerant is vaporized.

혼합 냉매의 상변화시 온도 상승량은 2~3℃ 혹은 그 이상, 바람직하게는 10℃ 이상이 되도록, 끓는점 차이가 큰 2 이상의 냉매들을 이용하는 동시에, 낮은 끓는점을 갖는 냉매의 혼합 비율을 일정 수준 이상(혼합 냉매를 기준으로 5중량% 이상)으로 혼합하는 것이 바람직하다.At the same time, use two or more refrigerants with a large boiling point difference so that the amount of temperature rise during phase change of the mixed refrigerant is 2 to 3 ℃ or more, preferably 10 ℃ or more, and at the same time, the mixing ratio of the refrigerant having a low boiling point is set above a certain level ( 5% by weight or more based on the mixed refrigerant) is preferred.

따라서, 천연가스와 혼합 냉매 간에 최소 온도차가 확보되는 조건을 만족시키는 재기화 시스템을 구현할 수 있으며, 기화기 후단에 트림 히터(trim heater)를 설치할 필요가 없이, 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 충분히 활용하여 액화가스를 효율적으로 기화시킬 수 있다.Therefore, it is possible to implement a regasification system that satisfies the condition that the minimum temperature difference between natural gas and the mixed refrigerant is ensured, and without the need to install a trim heater at the rear end of the vaporizer, the thermal energy and latent heat of the mixed refrigerant can be fully utilized. The liquefied gas can be vaporized efficiently.

또한, 혼합 냉매의 잠열을 이용해 액화가스에 효율적인 열전달이 가능하며, 액화가스 재기화 시스템을 단순화하고 운전 효율을 증대시킬 수 있으며, 혼합 냉매를 비가연성 냉매들로 구성하여 프로판과 같이 가연성이 높은 열전달 매체를 사용하는 시스템보다 안전성을 높일 수 있다.In addition, efficient heat transfer to liquefied gas is possible by using the latent heat of the mixed refrigerant, and the liquefied gas regasification system can be simplified and operating efficiency can be increased. It can be more secure than a system that uses media.

종래의 액화가스 재기화 시스템은 재기화기(Vaporizer)와 트림 히터(Trimheater)으로 운용되고, 트림 히터에서 냉매를 액체 상태로 운전하기 위해 냉매에 기화가 일어나지 않도록 높은 압력에서 운전해야 하는 관계로 재기화기와 트림 히터 간에 냉매의 운전 압력에 차이가 크다.The conventional liquefied gas regasification system is operated as a revaporizer and a trim heater, and in order to operate the refrigerant in a liquid state in the trim heater, it must be operated at a high pressure to prevent vaporization of the refrigerant. There is a large difference in the operating pressure of the refrigerant between the and the trim heater.

그러나, 본 실시예에 의하면, 열매체 순환라인(120)의 순환 루프 내의 압력 차이가 작고, 냉매가 단일 열교환 루프만을 순환하기 때문에 순환에 소비되는 압력과 수두 손실만큼 가압을 해주기만 하면 되어 액화가스 재기화를 위한 에너지 소비를 줄일 수 있다.However, according to this embodiment, the pressure difference in the circulation loop of the heating medium circulation line 120 is small, and since the refrigerant circulates only in a single heat exchange loop, it is enough to pressurize only the pressure consumed in circulation and the head loss to recover liquefied gas. Energy consumption for fire can be reduced.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 잠열 사용 효과를 극대화하여 액화가스 기화 성능을 향상시키고, 액화가스 재기화 시스템에 필요한 냉매의 사용양을 줄일 수 있고, 또한, 트림 히터를 설치할 필요가 없이 하나의 기화기로도 액화가스를 기화시킬 수 있어 시스템 구성을 간소화 할 수 있다.As such, according to the present embodiment, it is possible to maximize the effect of using the latent heat of the mixed refrigerant to improve the liquefied gas vaporization performance, to reduce the amount of refrigerant required for the liquefied gas regasification system, and to install a trim heater. It is possible to vaporize the liquefied gas even with one vaporizer without the need to simplify the system configuration.

또한, 2단계의 열교환을 거치지 않고 단일 열교환 프로세스에 의해 액화가스를 재기화시킬 수 있으며, 혼합 냉매의 순환 유량을 줄여 펌프에 필요한 에너지 및 배관 사이즈를 줄일 수 있어, 시스템 설비 비용과, 공정/운용 비용도 줄일 수 있다.In addition, it is possible to regasify the liquefied gas by a single heat exchange process without undergoing two-stage heat exchange, and it is possible to reduce the energy and pipe size required for the pump by reducing the circulating flow rate of the mixed refrigerant, thereby reducing system equipment cost and process/operation The cost can also be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 낮은 해수 설계 온도 범위에서도 혼합 냉매를 상변화시키면서 혼합 냉매의 잠열을 효율적으로 이용하는 액화가스 재기화 시스템을 구현할 수 있다. 증발성 혼합 냉매를 사용할 경우에는 잠열이 현열보다 훨씬 크기 때문에 순환하는 혼합 냉매의 사용 유량을 줄일 수 있고, 이로 인해 혼합 냉매의 순환에 필요한 에너지도 감소한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to implement a liquefied gas regasification system that efficiently uses the latent heat of the mixed refrigerant while changing the phase of the mixed refrigerant even in a low seawater design temperature range. When an evaporative mixed refrigerant is used, since latent heat is much greater than sensible heat, the flow rate of the circulating mixed refrigerant can be reduced, and thus energy required for circulation of the mixed refrigerant is also reduced.

혼합 냉매의 압력을 증발기(140)의 설계 압력 이하로 제어하고, 동시에 증발기(140)에서의 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 얻을 수 있도록 하기 위하여, 혼합 냉매의 냉매들 중 가장 낮은 끓는점을 가지는 냉매는 혼합 냉매의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.30 의 중량비를 가지도록 다른 냉매와 혼합될 수 있다.In order to control the pressure of the mixed refrigerant to be below the design pressure of the evaporator 140 and at the same time obtain a temperature increase effect when the phase change of the mixed refrigerant in the evaporator 140, the lowest boiling point among the refrigerants of the mixed refrigerant The refrigerant may be mixed with other refrigerants to have a weight ratio of 0.05 to 0.30 based on the weight of the mixed refrigerant.

혼합 냉매는 비가연성을 가지는 동시에, 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 1650 미만인 냉매들로 이루어질 수 있다. 도 4는 냉매의 안전등급 분류기준을 보여주는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매는 독성(Toxicity)과 가연성(Flammability)에 따라 안전등급이 분류된다.The mixed refrigerant is non-flammable, and at the same time has an ozone depletion potential of 0 and may be composed of refrigerants having a global warming potential of less than 1650. 4 is a view showing a safety class classification standard of a refrigerant. As shown in FIG. 4 , the safety class of the refrigerant is classified according to toxicity and flammability.

실시예에서, 혼합 냉매의 냉매들은 안전등급(Safety group)이 B1~B3 또는 A2~A3인 냉매를 제외하고, 안전등급이 A1인 냉매 중에서 선택될 수 있다. 즉, 낮은 독성 및 낮은 가연성을 가지는 안전등급을 가지는 냉매들만을 고려하여 혼합 냉매를 조성할 수 있다. 또한, 혼합 냉매의 냉매들은 오존파괴지수(ODP; Ozone Depletion Potential)가 0 이고, 지구온난화지수(GWP; Global Warming Potential)가 1650 미만인 친환경 냉매 중에서 선택되는 것이 바람직하다.In an embodiment, the refrigerants of the mixed refrigerant may be selected from refrigerants having a safety class of A1, except for refrigerants having a safety group of B1 to B3 or A2 to A3. That is, the mixed refrigerant may be formulated in consideration of only refrigerants having a safety rating having low toxicity and low flammability. In addition, the refrigerants of the mixed refrigerant have an ozone depletion potential (ODP) of 0 and a global warming potential (GWP) of less than 1650. It is preferable to be selected from eco-friendly refrigerants.

실시예에서, 혼합 냉매의 냉매들 중 가장 끓는점이 높은 냉매는 혼합 냉매의 중량을 기준으로 5 ~ 30% 중량비로 함유될 수 있다. 끓는점이 가장 높은 냉매가 5 중량% 미만으로 함유되는 경우, 끓는점 차이에 의한 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 얻기 어렵다.In an embodiment, the refrigerant having the highest boiling point among the refrigerants of the mixed refrigerant may be contained in a weight ratio of 5 to 30% based on the weight of the mixed refrigerant. When the refrigerant having the highest boiling point is contained in an amount of less than 5% by weight, it is difficult to obtain an effect of increasing the temperature during phase change of the mixed refrigerant due to the difference in boiling point.

반대로, 끓는점이 가장 높은 냉매가 30 중량%를 초과하는 경우, 높은 휘발성을 갖는 냉매의 높은 함유량으로 인해 증발기(140)에서 혼합 냉매의 압력이 25 barg 를 초과할 수 있으며, 25 barg 이상의 높은 압력을 견딜 수 있도록 하기 위해 증발기(140)의 설계 두께를 증가시켜야만 하는 문제점이 생길 수 있다.Conversely, when the refrigerant having the highest boiling point exceeds 30% by weight, the pressure of the mixed refrigerant in the evaporator 140 may exceed 25 barg due to the high content of the refrigerant having high volatility, and a high pressure of 25 barg or more There may be a problem in that the design thickness of the evaporator 140 must be increased in order to be able to withstand it.

실시예에서, 혼합 냉매는 R32(difuloromethane, 끓는점 -52℃), R134a(1,1,1,2-tetrafluoroethane, 끓는점 -26℃), R227ea(1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, 끓는점 -16℃), R125(1,1,1,2,2-pentafluoroethane, 끓는점 -48℃), R600(isobutane, 끓는점 -12℃), R601(n-pentane, 끓는점 36℃), R601a(isopentane, 끓는점 28℃), R1234yf(2,3,3,3-tetrafluoropropene, 끓는점 -30℃) 및 R1234ze(E)(trans-1,3,3,-tetrafluroro-1-propene, 끓는점 -19℃) 중에서 선택되는 2 이상의 냉매들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an embodiment, the mixed refrigerant is R32 (difuloromethane, boiling point -52°C), R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane, boiling point -26°C), R227ea (1,1,1,2,3,3,3) -heptafluoropropane, boiling point -16℃), R125(1,1,1,2,2-pentafluoroethane, boiling point -48℃), R600(isobutane, boiling point -12℃), R601(n-pentane, boiling point 36℃), R601a (isopentane, boiling point 28 °C), R1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropene, boiling point -30 °C) and R1234ze(E) (trans-1,3,3,-tetrafluroro-1-propene, boiling point -19 ℃) may include two or more refrigerants selected from, but is not limited thereto.

실시예에서, 혼합 냉매의 냉매들 중 제1 냉매는 R32(끓는점 -52℃) 및 R125(끓는점 -48℃) 중의 어느 하나의 냉매, 제2 냉매는 R227ea(끓는점 -16℃), R601(끓는점 36℃), R1234ze(E)(끓는점 -19℃), R134a(끓는점 -26℃) 및 R601a(끓는점 28℃) 중의 어느 하나의 냉매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an embodiment, among the refrigerants of the mixed refrigerant, the first refrigerant is any one of R32 (boiling point -52 °C) and R125 (boiling point -48 °C), and the second refrigerant is R227ea (boiling point - 16 °C), R601 (boiling point) 36° C.), R1234ze (E) (boiling point -19° C.), R134a (boiling point -26° C.), and R601a (boiling point 28° C.) may include, but is not limited thereto.

Figure pat00001
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표 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템에 사용될 수 있는 혼합 냉매의 예들을 나타낸 것이다. 혼합 냉매는 플루오르화탄소 냉매(HFC) 또는 수소불화올레핀계 냉매(HFO)일 수 있으며, ASHRAE(American Society of Heating Refrigerating and Air-conditioning Engineers) 안전등급 분류기준 A1 등급이고, 비가연성을 가지고, 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 1650 미만인 특성을 가질 수 있다.Table 1 shows examples of mixed refrigerants that can be used in the liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention. The mixed refrigerant may be a fluorocarbon refrigerant (HFC) or a hydrofluoroolefin refrigerant (HFO), and is class A1 according to the American Society of Heating Refrigeration and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) safety rating, non-flammable, and ozone depleting. The index may be 0, and the global warming potential may be less than 1650.

실시예에서, 액화가스 재기화 시스템은 팽창 탱크(170) 내의 혼합 냉매의 온도와 압력, 또는 팽창 탱크(170)로부터 공급되는 혼합 냉매의 온도와 압력을 측정하는 온도/압력 측정기(도시생략)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 혼합 냉매의 운전 온도 및 압력이 설정 범위에서 벗어나는 경우, 냉매 보충부(180)에 의해 냉매들의 조성비를 조절할 수 있다.In an embodiment, the liquefied gas regasification system includes a temperature/pressure meter (not shown) for measuring the temperature and pressure of the mixed refrigerant in the expansion tank 170 or the temperature and pressure of the mixed refrigerant supplied from the expansion tank 170 . can be provided For example, when the operating temperature and pressure of the mixed refrigerant are out of the set range, the composition ratio of the refrigerants may be adjusted by the refrigerant replenishing unit 180 .

냉매 보충부(180)는 제어부(190)에 의해 분석되는 혼합 냉매의 온도/압력 측정값을 기반으로, 혼합 냉매의 온도, 압력 등의 다양한 공정 상황에 따라 재기화 효율이 극대화되는 최적 냉매 혼합 비율 정보를 미리 저장해두어, 혼합 냉매의 공정 상황, 열원(해수) 및 수요처에서 요구하는 NG 온도 등에 따라 최적 냉매 혼합 비율이 되도록 냉매들을 팽창 탱크(170)에 공급할 수 있다.The refrigerant replenishment unit 180 is based on the temperature/pressure measurement value of the mixed refrigerant analyzed by the control unit 190, the optimum refrigerant mixing ratio that maximizes the regasification efficiency according to various process conditions such as the temperature and pressure of the mixed refrigerant By storing the information in advance, the refrigerants can be supplied to the expansion tank 170 so as to have an optimal refrigerant mixing ratio according to the process condition of the mixed refrigerant, the heat source (seawater), and the NG temperature required by the demander.

제어부(180)는 혼합 냉매의 다양한 조성비에 대해 온도와 압력 간의 관계를 나타내는 상평형도(Phase diagram)를 기반으로 혼합 냉매의 조성비를 예측하고, 혼합 냉매의 예측된 조성비를 기반으로 혼합 냉매의 조성을 목표 조성비를 가지도록 제어할 수 있다.The controller 180 predicts the composition ratio of the mixed refrigerant based on a phase diagram indicating the relationship between temperature and pressure for various composition ratios of the mixed refrigerant, and determines the composition of the mixed refrigerant based on the predicted composition ratio of the mixed refrigerant. It can be controlled to have a target composition ratio.

온도 센서(T1)는 팽창 탱크(170) 후단의 파이프라인에서 포화 상태의 혼합 냉매의 온도를 측정할 수 있다. 압력 센서(P1)는 팽창 탱크(170) 후단의 파이프라인에서 포화 상태의 혼합 냉매의 압력을 측정할 수 있다. 제어부(190)는 팽창 탱크(170) 후단의 포화 상태의 혼합 냉매의 온도와 압력을 상평형도와 비교하여 혼합 냉매의 조성비를 예측할 수 있다.The temperature sensor T1 may measure the temperature of the mixed refrigerant in a saturated state in the pipeline at the rear end of the expansion tank 170 . The pressure sensor P1 may measure the pressure of the saturated mixed refrigerant in the pipeline at the rear end of the expansion tank 170 . The controller 190 may estimate the composition ratio of the mixed refrigerant by comparing the temperature and pressure of the saturated mixed refrigerant at the rear end of the expansion tank 170 with the phase equilibrium.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 동작 순서도이다. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 동작을 설명하기 위한 상평형도 예시도이다. 도 5 내지 도 8을 참조하면, 팽창 탱크(170) 후단의 혼합 냉매 압력/온도가 계측되면, 제어부(190)는 목표 조성의 상평형도와 혼합 냉매의 압력/온도를 비교할 수 있다(S10, S20).5 is an operation flowchart of a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention. 6 to 8 are diagrams illustrating phase balance diagrams for explaining the operation of the liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention. 5 to 8 , when the pressure/temperature of the mixed refrigerant at the rear end of the expansion tank 170 is measured, the controller 190 may compare the phase balance of the target composition and the pressure/temperature of the mixed refrigerant (S10, S20). ).

제어부(190)는 압력 센서(P1)에 의해 측정된 혼합 냉매의 압력과, 혼합 냉매의 온도에 따라 설정되는 목표 압력 간의 차이가 기설정된 허용 오차 범위 내로 감소될 때까지 목표 조성비에 미달하는 냉매를 팽창 탱크(170)에 보충하도록 냉매 보충부(180)를 제어할 수 있다(S30, S40).The control unit 190 controls the refrigerant that does not reach the target composition ratio until the difference between the pressure of the mixed refrigerant measured by the pressure sensor P1 and the target pressure set according to the temperature of the mixed refrigerant is reduced within a preset tolerance range. It is possible to control the refrigerant replenishment unit 180 to replenish the expansion tank 170 (S30, S40).

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 혼합 냉매를 중간 열매체로 사용함에 있어서, 혼합 냉매의 상변화 과정을 이용하여 열매체 유량을 감소시켜 시스템의 효율을 증가시킨다. 이때 액화가스 재기화 시스템의 성능을 잘 발휘하기 위해서는 혼합 냉매의 조성을 일정하게 유지시켜 주어야 한다. 시스템 운전 중에는 각종 기기에서 소량의 누출이 발생할 수 있으며, 오작동과 같은 특이사항에 의해 냉매가 유출될 수도 있다. 따라서 혼합 냉매의 조성을 예측하고 일정하게 제어해 주는 것이 중요하다.In the liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention, when the mixed refrigerant is used as an intermediate heating medium, the flow rate of the heating medium is reduced by using a phase change process of the mixed refrigerant to increase the efficiency of the system. At this time, in order to exhibit the performance of the liquefied gas regasification system well, the composition of the mixed refrigerant must be kept constant. During system operation, a small amount of leakage may occur from various devices, and refrigerant may leak due to unusual conditions such as malfunction. Therefore, it is important to predict and control the composition of the mixed refrigerant.

혼합 냉매의 조성비를 예측하기 위하여 가스 크로마토그래피(GC; Gas Chromatography)와 같은 성분 분석 장치를 이용할 수 있으나, 분석을 실시하기 위해 혼합 냉매의 샘플을 추출하는 과정에서 작지만 조성의 변화가 발생할 수 있다. 또한 성분 분석을 위해 시간이 소요되기 때문에 실시간으로 조성을 관측하기 어려운 제약이 있다.In order to predict the composition ratio of the mixed refrigerant, a component analysis apparatus such as gas chromatography (GC) may be used, but a small change in composition may occur in the process of extracting a sample of the mixed refrigerant to perform the analysis. In addition, since it takes time for component analysis, there is a limitation in that it is difficult to observe the composition in real time.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 팽창 탱크(170) 후단에서의 혼합 냉매의 온도와 압력을 이용하여 순환하는 혼합 냉매의 조성을 예측하고, 혼합 냉매의 온도와 압력으로 예측한 조성비를 기반으로 부족한 냉매를 추가 공급하도록 밸브를 제어한다.In order to solve this problem, the liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention predicts the composition of the circulating mixed refrigerant using the temperature and pressure of the mixed refrigerant at the rear end of the expansion tank 170, and the temperature of the mixed refrigerant The valve is controlled to additionally supply insufficient refrigerant based on the composition ratio predicted by the and pressure.

기체 상태로 기화기(160)를 통과한 혼합 냉매(열매체)는 액화되어 배출된다. 이때 완전히 액화되지 못할 경우 기체가 순환 펌프로 유입되어 손상을 줄 수 있다. 또한 시스템 설계상 마진을 주는 관점에서도 혼합 냉매가 과냉각된 액체 상태로 배출되도록 기화기(160)의 열교환기를 설계할 필요가 있다.The mixed refrigerant (heat medium) that has passed through the vaporizer 160 in a gaseous state is liquefied and discharged. At this time, if it is not completely liquefied, the gas may flow into the circulation pump and cause damage. In addition, it is necessary to design the heat exchanger of the vaporizer 160 so that the mixed refrigerant is discharged in a supercooled liquid state from the viewpoint of providing a margin in system design.

도 6은 냉매 R1과 냉매 R2가 섞인 혼합 냉매의 상평형도 예시도이다. 도 6에서 휘발성이 높은 냉매 R1의 조성비가 0.15 중량%인 혼합 냉매는 적색선으로 표시되었으며, 냉매 R1의 조성비가 0.35 중량%인 혼합 냉매는 청색선으로 표시되었다. 시스템을 운전하는 동안에 휘발성이 높은 냉매 R1의 조성비는 점차 작아지게 되어, 하늘색 화살표처럼 오른쪽 방향으로 상평형도가 점점 이동하게 된다.6 is a diagram illustrating a phase equilibrium diagram of a mixed refrigerant in which the refrigerant R1 and the refrigerant R2 are mixed. In FIG. 6 , the mixed refrigerant having a composition ratio of the highly volatile refrigerant R1 of 0.15 wt% is indicated by a red line, and the mixed refrigerant having a composition ratio of the refrigerant R1 of 0.35 wt% is indicated by a blue line. While the system is operating, the composition ratio of the highly volatile refrigerant R1 gradually decreases, and the phase equilibrium gradually shifts to the right as shown by the light blue arrow.

최초 혼합 냉매 조성비가 R1:R2 = 0.35:0.65 일 때에, 혼합 냉매는 아래와 같이 상태 변화가 일어난다.When the initial mixed refrigerant composition ratio is R1:R2 = 0.35:0.65, the state of the mixed refrigerant occurs as follows.

- 상태 ①: 증발기(140)를 통과하여 11℃의 기체 상태- State ①: passing through the evaporator 140 and in a gaseous state at 11

- 상태 ②: 기화기(160)를 통과하여 과냉각된 -20℃의 액체 상태- State ②: liquid state of -20 ℃ supercooled through the vaporizer 160

- 상태 ③: 팽창 탱크(170)를 통과하면서 해당 온도에서 포화된 액체로 변화한 상태- State ③: The state changed to a saturated liquid at the corresponding temperature while passing through the expansion tank 170

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 팽창 탱크(170)의 후단인 상태 ③에서의 혼합 냉매의 온도 및 압력을 관측한다. 이 온도와 압력을 상평형도와 비교해보면 냉매들이 어떠한 조성비로 혼합되어 있는지를 예측할 수 있다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 과냉각(sub-cooled)된 액체 혼합 냉매가 팽창 탱크(170)에 유입되면 포화(saturate) 상태로 변화하게 된다. 즉, 기화기(160)에서 특정한 온도로 배출된 액체 혼합 냉매는 팽창 탱크(170)에서 그 온도에 맞는 포화 액체(saturate liquid) 상태로 변하게 된다. 따라서 혼합 냉매의 조성에 따라 상평형도(phase diagram)가 달라지기 때문에 팽창 탱크(170) 후단의 포화 상태의 혼합 냉매의 온도와 압력을 측정하여 혼합 냉매의 조성에 따른 상평형도와 비교하면 현재 혼합 냉매의 조성을 역으로 추정할 수 있다.The liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention observes the temperature and pressure of the mixed refrigerant in a state ③ at the rear end of the expansion tank 170 . Comparing this temperature and pressure with the phase equilibrium, it is possible to predict the composition ratio of the refrigerants. 7 and 8 , when the sub-cooled liquid mixed refrigerant flows into the expansion tank 170, it changes to a saturated state. That is, the liquid mixed refrigerant discharged from the vaporizer 160 at a specific temperature is changed into a saturated liquid state suitable for the temperature in the expansion tank 170 . Therefore, since the phase diagram varies depending on the composition of the mixed refrigerant, the temperature and pressure of the saturated mixed refrigerant at the rear end of the expansion tank 170 are measured and compared with the phase balance according to the composition of the mixed refrigerant. The composition of the refrigerant can be estimated inversely.

도 7은 R134a:R744(CO2) = 0.95:0.05 (mass %) 조성비를 가지는 혼합 냉매의 상평형도 예시도이다. 도 7을 참조하면, 혼합 냉매는 기화기(160)로부터 -30℃/4barg의 과냉각(sub-cooled)된 상태로 배출된다(① State). 기화기(160)로부터 배출된 혼합 냉매는 팽창 탱크(170)에 유입되어 평형이 이루어지면서 포화 압력(saturate pressure)까지 압력이 떨어져 -30℃/1.2barg 가 된다(② State). 따라서, 과냉각 상태(① State)에서 포화 상태(② state)로 변하는 과정에서 혼합 냉매의 온도와 압력 조건이 -30℃/1.2barg로 계측되는 경우, 현재 혼합 냉매의 조성비가 R134a:R744 = 0.95:0.05 인 것으로 예측할 수 있다.7 is an exemplary diagram of a phase equilibrium diagram of a mixed refrigerant having a composition ratio of R134a:R744(CO 2 ) = 0.95:0.05 (mass %). Referring to FIG. 7 , the mixed refrigerant is discharged from the vaporizer 160 in a sub-cooled state of -30° C./4 barg (① State). The mixed refrigerant discharged from the carburetor 160 flows into the expansion tank 170 to achieve equilibrium, and the pressure drops to a saturation pressure of -30°C/1.2 barg (② State). Therefore, when the temperature and pressure conditions of the mixed refrigerant are measured as -30℃/1.2barg in the process of changing from the supercooled state (① State) to the saturated state (② state), the composition ratio of the current mixed refrigerant is R134a: R744 = 0.95: 0.05 can be predicted.

도 8은 R134a:R744(CO2) = 0.9:0.1 (mass %) 조성비를 가지는 혼합 냉매의 상평형도 예시도이다. 도 8을 참조하면, 혼합 냉매는 기화기(160)로부터 -30℃/4barg의 과냉각(sub-cooled)된 상태로 배출된다(① State). 기화기(160)로부터 배출된 혼합 냉매는 팽창 탱크(170)에 유입되어 평형이 이루어지면서 포화 압력(saturate pressure)까지 압력이 떨어져 -30℃/2.4barg 가 된다(② State). 따라서, 과냉각 상태(① State)에서 포화 상태(② state)로 변하는 과정에서 혼합 냉매의 온도와 압력 조건이 -30℃/2.4barg로 계측되는 경우, 현재 혼합 냉매의 조성비가 R134a:R744 = 0.9:0.1 인 것으로 예측할 수 있다.8 is an exemplary diagram of a phase equilibrium diagram of a mixed refrigerant having a composition ratio of R134a:R744(CO2)=0.9:0.1 (mass %). Referring to FIG. 8 , the mixed refrigerant is discharged from the vaporizer 160 in a sub-cooled state of -30° C./4 barg (① State). The mixed refrigerant discharged from the carburetor 160 is introduced into the expansion tank 170, and the pressure is reduced to -30°C/2.4 barg as equilibrium is achieved (② State). Therefore, when the temperature and pressure conditions of the mixed refrigerant are measured as -30℃/2.4barg in the process of changing from the supercooled state (① State) to the saturated state (② state), the composition ratio of the current mixed refrigerant is R134a: R744 = 0.9: 0.1 can be predicted.

혼합 냉매의 조성비 별 상평형도(phase diagram)는 시뮬레이션 또는 실험을 통해 미리 설정될 수 있다. 즉, 혼합 냉매의 조성비에 따른 상평형도(phase diagram) 및 포화 곡선(saturation curve)을 제어 시스템에 설정한 상태에서, ㅍ패팽창 탱크(170)의 후단에 설치된 센서를 이용하여 포화 상태의 혼합 냉매의 온도/압력을 측정하여 실시간으로 혼합 냉매의 조성비를 예측할 수 있으며, 혼합 냉매 조성 변화에 따라 부족한 냉매를 충전시켜 항상 혼합 냉매를 일정한 조성비(목표 조성비)로 제어할 수 있다.A phase diagram for each composition ratio of the mixed refrigerant may be preset through simulation or experiment. That is, in a state in which a phase diagram and a saturation curve according to the composition ratio of the mixed refrigerant are set in the control system, the mixed refrigerant in a saturated state using a sensor installed at the rear end of the shell expansion tank 170 . It is possible to predict the composition ratio of the mixed refrigerant in real time by measuring the temperature / pressure of the mixture, and by filling the insufficient refrigerant according to the change in the composition of the mixed refrigerant, the mixed refrigerant can always be controlled at a constant composition ratio (target composition ratio).

본 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 온도와 압력을 일정하게 유지함으로써, 혼합 냉매의 기화 온도가 변화됨으로 인해 열교환 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 혼합 냉매의 압력이 높아질 경우, 기화온도가 올라가고 압력이 낮아지면 기화온도가 내려가게 되고, 최초의 설계값 대비 차이가 발생하는 경우 열교환 효율이 떨어질 수 있으나, 본 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 온도와 압력 변화가 방지되도록 혼합 냉매의 조성 비율을 허용 범위 내에서 실시간 적응적으로 조절해줌으로써, 온도, 압력 등의 변화로 인한 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.According to this embodiment, by maintaining the temperature and pressure of the mixed refrigerant constant, it is possible to prevent a decrease in heat exchange efficiency due to a change in the vaporization temperature of the mixed refrigerant. For example, when the pressure of the mixed refrigerant increases, the vaporization temperature rises and when the pressure decreases, the vaporization temperature decreases, and when a difference occurs from the initial design value, the heat exchange efficiency may decrease, but according to this embodiment, By adaptively adjusting the composition ratio of the mixed refrigerant within an allowable range in real time to prevent temperature and pressure changes of the mixed refrigerant, deterioration of heat exchange efficiency due to changes in temperature, pressure, etc. can be prevented.

혼합 냉매의 혼합 비율에 따라 액화가스의 기화 흐름에 대한 온도의 변화 기울기가 변화한다. 혼합 냉매의 기울기 변화는 유량 변화와도 밀접한 관계가 있으며, 운전 효율에 영향을 미친다. 극단적인 경우에는 열교환기 성능의 한계에 의해 공정이 정상작동하지 않거나 액화가스 재기화 시스템이 실현 불가능한 영역에 들어갈 수도 있다. 따라서, 냉매 보충부(180)는 혼합 냉매의 혼합 비율에 따른 혼합 냉매의 온도 기울기 변화를 사전에 시뮬레이션하여, 시뮬레이션 결과를 기반으로 재기화 시스템에 고장이 발생하거나, 재기화 불능 상태로 진입할 가능성이 있는 것으로 판단되는 경우, 혼합 냉매의 혼합 비율을 제한 범위 내에 유지하거나, 혼합 냉매의 유량을 조절하는 등의 제어를 수행할 수 있다.According to the mixing ratio of the mixed refrigerant, the gradient of the temperature change with respect to the vaporization flow of the liquefied gas is changed. The change in the slope of the mixed refrigerant is closely related to the change in flow rate and affects the operation efficiency. In extreme cases, the process may not operate normally or the liquefied gas regasification system may enter an area where it is not feasible due to the limitations of the performance of the heat exchanger. Therefore, the refrigerant supplement unit 180 simulates in advance the change in the temperature gradient of the mixed refrigerant according to the mixing ratio of the mixed refrigerant, and based on the simulation result, a failure occurs in the regasification system, or the possibility of entering the regasification impossible state When it is determined that there is, control such as maintaining the mixing ratio of the mixed refrigerant within a limited range or adjusting the flow rate of the mixed refrigerant may be performed.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다. 도 9의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소와 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 9의 실시예는 팽창 탱크(170) 후단의 파이프 라인이 아닌, 팽창 탱크(170)에 직접 압력 센서(P2)와 온도 센서(T2)를 설치하여 팽창 탱크(170) 내의 포화 상태의 혼합 냉매 온도/압력을 기반으로 혼합 냉매의 조성비 예측 및 조성 제어에 활용하는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.9 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to another embodiment of the present invention. In the description of the embodiment of FIG. 9 , descriptions that overlap with the same or corresponding components as in the above-described embodiment may be omitted. In the embodiment of FIG. 9 , the pressure sensor P2 and the temperature sensor T2 are installed directly in the expansion tank 170 rather than the pipeline at the rear end of the expansion tank 170 , and the mixed refrigerant in a saturated state in the expansion tank 170 . It is different from the above-described embodiment in that it is used for predicting and controlling the composition ratio of the mixed refrigerant based on temperature/pressure.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 보호범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 보호범위는 청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.The above embodiments are presented to help the understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention, and it should be understood that various modifications are also included in the scope of the present invention. The protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims, and the protection scope of the present invention is not limited to the literal description of the claims itself, but actually extends to the invention of an equivalent scope of technical value. It should be understood that

100: 액화가스 재기화 시스템 110: 액화가스 이송라인
111: 액화가스 저장탱크 112: 액화가스 펌프
114: 유량조절밸브 115: 수요처
120: 열매체 순환라인 130: 펌프
140: 증발기 142: 해수 공급라인
144: 해수 가압 펌프 150: 압력조절밸브
160: 기화기 170: 팽창 탱크
180: 냉매 보충부 181, 182: 보충 탱크
183, 184: 보충 라인 185, 186: 유량제어밸브
190: 제어부 P1, P2: 압력 센서
T1, T2: 온도 센서
100: liquefied gas regasification system 110: liquefied gas transfer line
111: liquefied gas storage tank 112: liquefied gas pump
114: flow control valve 115: demand
120: heat medium circulation line 130: pump
140: evaporator 142: seawater supply line
144: seawater pressure pump 150: pressure control valve
160: carburetor 170: expansion tank
180: refrigerant replenishment unit 181, 182: replenishment tank
183, 184: make-up lines 185, 186: flow control valve
190: control unit P1, P2: pressure sensor
T1, T2: temperature sensor

Claims (5)

액화가스의 재기화에 사용되는 액화가스 재기화 시스템에 있어서,
상기 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위한 액화가스 이송라인;
열원으로부터 상기 액화가스를 기화시키기 위한 열을 전달하기 위해 제공되며, 끓는점이 상이한 2 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매가 순환되는 열매체 순환라인;
상기 열매체 순환라인에 설치되고, 상기 열원과의 열교환에 의해 상기 혼합 냉매를 기화시키는 증발기;
상기 열매체 순환라인에 설치되고, 기화된 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 이용하여 상기 혼합 냉매와의 열교환에 의해 상기 액화가스 이송라인의 액화가스를 기화시키는 기화기; 및
상기 혼합 냉매의 다양한 조성비에 대해 온도와 압력 간의 관계를 나타내는 상평형도를 기반으로 상기 혼합 냉매의 조성비를 예측하고, 상기 혼합 냉매의 예측된 조성비를 기반으로 상기 혼합 냉매의 조성을 제어하는 제어부를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
In the liquefied gas regasification system used for regasification of liquefied gas,
a liquefied gas transfer line for vaporizing the liquefied gas and sending it to a consumer;
a heating medium circulation line provided to transfer heat for vaporizing the liquefied gas from a heat source, in which a mixed refrigerant in which two or more refrigerants having different boiling points are circulated;
an evaporator installed in the heat medium circulation line and vaporizing the mixed refrigerant by heat exchange with the heat source;
a vaporizer installed in the heating medium circulation line and vaporizing the liquefied gas of the liquefied gas transfer line by heat exchange with the mixed refrigerant using thermal energy and latent heat of the vaporized mixed refrigerant; and
A control unit for predicting the composition ratio of the mixed refrigerant based on a phase equilibrium diagram indicating a relationship between temperature and pressure for various composition ratios of the mixed refrigerant, and controlling the composition of the mixed refrigerant based on the predicted composition ratio of the mixed refrigerant liquefied gas regasification system.
제1항에 있어서,
상기 열매체 순환라인에서 상기 기화기의 후단에 설치되고, 상기 혼합 냉매의 부피 변화를 억제하고 기화된 혼합 냉매를 수용하는 팽창 탱크;
상기 팽창 탱크의 내부 또는 후단에서 포화 상태의 혼합 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
상기 팽창 탱크의 내부 또는 후단에서 포화 상태의 혼합 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 포화 상태의 혼합 냉매의 온도와 압력을 상기 상평형도상의 압력과 비교하여 상기 조성비를 예측하는 액화가스 재기화 시스템.
According to claim 1,
an expansion tank installed at a rear end of the vaporizer in the heating medium circulation line, suppressing a volume change of the mixed refrigerant and accommodating the vaporized mixed refrigerant;
a temperature sensor for measuring the temperature of the mixed refrigerant in a saturated state inside or at the rear end of the expansion tank; and
Further comprising a pressure sensor for measuring the pressure of the mixed refrigerant in a saturated state inside or behind the expansion tank,
The control unit is a liquefied gas regasification system for predicting the composition ratio by comparing the temperature and pressure of the mixed refrigerant in the saturated state with the pressure on the phase equilibrium diagram.
제1항에 있어서,
상기 제어부에 의해 제어되고, 상기 혼합 냉매의 조성비에 따라 상기 냉매들 중 목표 조성비에 미달하는 냉매를 상기 팽창 탱크로 공급하는 냉매 보충부를 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
According to claim 1,
The liquefied gas regasification system further comprising a refrigerant replenishment unit controlled by the controller and supplying a refrigerant that does not meet a target composition ratio among the refrigerants to the expansion tank according to the composition ratio of the mixed refrigerant.
제3항에 있어서,
상기 냉매 보충부는,
상기 냉매들을 구성하는 제1 냉매 및 제2 냉매를 각각 저장하는 복수개의 보충 탱크;
상기 복수개의 보충 탱크에 저장된 상기 제1 냉매 및 상기 제2 냉매를 상기 팽창 탱크에 보충하기 위한 복수개의 보충 라인; 및
상기 복수개의 보충 라인에 각각 설치되어 상기 냉매의 공급 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 또는 펌프를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.
4. The method of claim 3,
The refrigerant replenishment unit,
A plurality of replenishment tanks for storing the first refrigerant and the second refrigerant constituting the refrigerants, respectively;
a plurality of replenishment lines for replenishing the expansion tank with the first refrigerant and the second refrigerant stored in the plurality of replenishment tanks; and
Liquefied gas regasification system including a flow control valve or a pump installed in each of the plurality of supplemental lines to control the supply flow rate of the refrigerant.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 압력 센서에 의해 측정된 상기 혼합 냉매의 압력과, 상기 혼합 냉매의 온도에 따라 설정되는 목표 압력 간의 차이가 기설정된 허용 오차 범위 내로 감소될 때까지 상기 목표 조성비에 미달하는 냉매를 상기 팽창 탱크에 보충하도록 상기 냉매 보충부를 제어하는 액화가스 재기화 시스템.
4. The method of claim 3,
The control unit is
The refrigerant that does not meet the target composition ratio is supplied to the expansion tank until the difference between the pressure of the mixed refrigerant measured by the pressure sensor and the target pressure set according to the temperature of the mixed refrigerant is reduced within a preset tolerance range. Liquefied gas regasification system for controlling the refrigerant replenishment unit to replenish.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102538537B1 (en) * 2021-11-29 2023-06-02 삼성중공업 주식회사 Ammonia gas reliquefaction system of ship

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